[發(fā)明專利]一種藍寶石襯底材料的熱化學(xué)機械拋光法及拋光液

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110320294.2
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102343547A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張楷亮;張濤峰;王芳;任君;苗銀萍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00;C09G1/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子輔助材料及加工工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于藍寶石襯底材料的熱化學(xué)機械拋光法及拋光液。

背景技術(shù)

藍寶石集優(yōu)良的光學(xué)、物理和化學(xué)性能于一體，與天然的寶石有著相同的光學(xué)性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電氣性能和介電特性，并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、防腐蝕，莫氏硬度達到9級，僅次于金剛石的硬度。由于藍寶石本身具有優(yōu)良的性質(zhì)故其已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于國防、科研、工業(yè)等領(lǐng)域，在其眾多的應(yīng)用中由于藍寶石與GaN之間的晶格常數(shù)失配率小，所以現(xiàn)階段是最主要的GaN薄膜外延襯底之一。由于GaN被譽為第三代半導(dǎo)體材料，其有著很廣泛的應(yīng)用，但是GaN很難制作塊體材料，必須要在其他的襯底材料上生長GaN薄膜。在眾多的襯底材料中藍寶石被實踐證明是最適合GaN生長的襯底材料。目前已經(jīng)在藍寶石襯底上外延生長出了GaN薄膜，并且已經(jīng)研發(fā)出GaN基的藍色發(fā)光二極管及激光二極管。

要想外延生長出高質(zhì)量的GaN薄膜，必須對襯底材料進行拋光以得到平整光亮、晶格完整的清潔表面。襯底表面質(zhì)量直接影響著外延層的質(zhì)量，器件的性能參數(shù)及產(chǎn)品的成品率。所以應(yīng)用于制造生產(chǎn)的藍寶石襯底材料必須經(jīng)過拋光才能應(yīng)用到實際的生產(chǎn)中去。藍寶石的拋光方法一般有機械、化學(xué)和機械化學(xué)的拋光方法。機械拋光是用硬質(zhì)磨料對晶片拋光，但是藍寶石的莫氏硬度為9僅次于金剛石，故機械研磨很難將其表面拋光，而且這種靠機械力拋光的加工方法使襯底表面質(zhì)量不高而且存在較深的亞表層損傷，導(dǎo)致產(chǎn)品性能和加工成品率的降低；化學(xué)拋光其拋光速率低而且拋光的表面形貌的精度會降低；化學(xué)機械拋光綜合了機械和化學(xué)拋光的優(yōu)勢，在拋光速率、拋光精度、表面損傷方面有著明顯的提高。以上所述藍寶石的拋光方法都有其各自的特點，但是對于切割完表面具有較深劃痕的藍寶石晶片其拋光的加工效率較低，要得到較好的表面質(zhì)量需要較長的時間，且拋光后表面還會出現(xiàn)腐蝕坑和亞表面層有微裂縫等問題。這些問題與拋光過程中所使用的拋光液有著機密切的關(guān)系。目前關(guān)于藍寶石拋光方法和拋光液已經(jīng)有了相關(guān)的報道。下面是各種有關(guān)藍寶石拋光的方法。

專利（CN1203965C）摻鈦藍寶石晶體激光棒的表面加工方法介紹一種摻鈦藍寶石晶棒端面的加工方法，能夠得到較平整的斷面表面，晶格表面完整平滑，而且在這種表面上沉積的薄膜具有很高的激光破壞閾值，因此非常適合用于制作激光器件的襯底。但是拋光過程中涉及到了高溫?zé)崽幚砑八嵋焊g，這使得加工過程能量消耗過大，酸液腐蝕對設(shè)備的要求也提高了，藍寶石晶棒加工完成后的廢液處理使加工成本增加。

專利（CN1289261C）光學(xué)藍寶石晶體基片的研磨工藝公開了一種藍寶石晶體基片的研磨方法，包括粗磨、精磨、拋光三個步驟。此方法能夠有效地降低藍寶石襯底表面的粗糙度，但是采用硬度比藍寶石大的金剛石磨料在研磨拋光的過程中容易造成藍寶石襯底亞表層裂縫。

專利（CN100556619C）藍寶石襯底材料表面粗糙度的控制方法介紹了一種堿性拋光液其磨料為SiO₂。整個拋光過程分為兩步第一步粗拋，第二步精拋。由于采用的磨料SiO_2?莫氏硬度小于藍寶石，故拋光的速率不是很高，整個襯底材料加工的效率不高。

專利（CN100528480C）藍寶石襯底材料高去除速率的控制方法介紹了一種利用強化學(xué)作用來提高拋光速率的方法，但是此方法拋光后的藍寶石襯底材料表面粗糙度無法控制，且由于過強的化學(xué)方應(yīng)會在表面出現(xiàn)腐蝕坑。

專利（CN101604666A）藍寶石襯底及拋光方法與應(yīng)用介紹了一種藍寶石襯底材料的拋光方法，此方法拋光后的表面具有隨機無序的凹陷的圖形結(jié)構(gòu)，且只能實現(xiàn)局部平坦化，不能夠?qū)崿F(xiàn)全局平坦化。

專利（CN100433268C）藍寶石襯底磨削方法介紹了一種使用砂輪來磨削表面以達到減薄藍寶石襯底的目的，此方法采用間歇式磨削的方法，使砂輪總是保持在一個比較鋒利的狀態(tài)，所以降低了破裂和掉邊的可能性，同時有效地釋放了表面的應(yīng)力，降低了去蠟后襯底的曲翹度。但是此方法減薄后的襯底表面的粗糙度較大，切在磨削的過程中可能會引起壓表面層裂縫等問題。

專利（CN101664894A）藍寶石的拋光裝置及拋光方法介紹了一種用激光束去除藍寶石襯底表面微量物的方法。此方法能夠很好的控制表面的去除量及去除速率，同時降低了表面的粗糙度和潛在損傷的可能性，但是此方法的耗能過高，切拋光的設(shè)備復(fù)雜，操作不便。